WO2021064980A1 - 冷却システム - Google Patents

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WO2021064980A1
WO2021064980A1 PCT/JP2019/039264 JP2019039264W WO2021064980A1 WO 2021064980 A1 WO2021064980 A1 WO 2021064980A1 JP 2019039264 W JP2019039264 W JP 2019039264W WO 2021064980 A1 WO2021064980 A1 WO 2021064980A1
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WO
WIPO (PCT)
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flow path
refrigerant
tank
cooling system
steam
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/039264
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
藤井　幹
潤 寺本
Original Assignee
株式会社Ｉｈｉ原動機
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ｉｈｉ原動機 filed Critical 株式会社Ｉｈｉ原動機
Priority to PCT/JP2019/039264 priority Critical patent/WO2021064980A1/ja
Priority to JP2021550917A priority patent/JP7229381B2/ja
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • This disclosure relates to a cooling system.
  • the intake air sent to the internal combustion engine (for example, a combustion chamber) is cooled for the purpose of improving thermal efficiency.
  • the refrigerant used for cooling the intake air is stored in the tank.
  • There is a technique for effectively cooling the intake air by vaporizing and cooling the refrigerant in the tank that is, cooling by using the heat of vaporization).
  • the present disclosure aims to provide a cooling system capable of suppressing an increase in power consumption in view of the above problems.
  • the cooling system includes a heat exchange section provided in an intake flow path connected to an internal combustion engine and a refrigerant in which the refrigerant heat exchanged in the heat exchange section is stored. It includes a tank and an ejector provided in the steam flow path and connected to the refrigerant tank.
  • the heat exchange unit may include a heat exchanger provided in the intake flow path.
  • the heat exchange unit may include a nozzle provided in the intake flow path.
  • the refrigerant tank may be provided in the intake flow path, and the heat exchange unit may include a ventilation pipe provided in the refrigerant tank.
  • a compressor may be provided in the intake flow path, and the heat exchange unit may be provided on the upstream side of the compressor in the intake flow path.
  • the steam flow path may be connected to a heat exchanger provided in the intake flow path.
  • the steam flow path may be connected to a heat exchanger provided in the exhaust flow path connected to the internal combustion engine.
  • cooling system of the present disclosure it is possible to suppress an increase in power consumption.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an engine 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the engine 1 is a marine engine.
  • the engine 1 includes a cylinder 5 in which a piston 3 is provided.
  • the piston 3 reciprocates in the cylinder 5.
  • One end of the piston rod 7 is attached to the piston 3.
  • the crosshead pin 11 of the crosshead 9 is connected to the other end of the piston rod 7.
  • the movement of the crosshead 9 in the left-right direction that is, the direction perpendicular to the stroke direction of the piston 3 in FIG. 1 is regulated by the guide shoe 9a.
  • the guide shoe 9a By guiding the guide shoe 9a, the crosshead 9 reciprocates integrally with the piston 3.
  • the crosshead pin 11 is pivotally supported by a crosshead bearing 15 provided at one end of the connecting rod 13.
  • the cross head pin 11 supports one end of the connecting rod 13.
  • the other end of the piston rod 7 and one end of the connecting rod 13 are connected via a crosshead 9.
  • a large end 13a is provided at the other end of the connecting rod 13.
  • a bearing hole 13b is formed in the large end portion 13a.
  • a metal slide bearing 17 is provided in the bearing hole 13b.
  • the crank pin 19a of the crankshaft 19 is rotatably supported on the slide bearing 17.
  • the crank journal 19b of the crankshaft 19 is pivotally supported by a bearing member provided on the crankcase 21.
  • the crankcase 21 extends in the direction of the rotation axis of the crankshaft 19. Although only one cylinder 5 is shown in FIG. 1, a plurality of cylinders 5 are provided above the crankcase 21 in parallel in the rotation axis direction of the crankshaft 19.
  • a cylinder cover 23 is provided at the upper end of the cylinder 5.
  • the exhaust valve box 25 is inserted through the cylinder cover 23.
  • One end of the exhaust valve box 25 faces the piston 3.
  • An exhaust port 25a opens at one end of the exhaust valve box 25.
  • the exhaust port 25a opens into the combustion chamber 27.
  • the combustion chamber 27 is surrounded by the cylinder cover 23, the cylinder 5, and the piston 3 and is formed inside the cylinder 5.
  • the valve body of the exhaust valve 29 is located in the combustion chamber 27.
  • An exhaust valve driving device 31 is attached to the rod portion of the exhaust valve 29.
  • the exhaust valve drive device 31 is arranged in the exhaust valve box 25.
  • the exhaust valve drive device 31 moves the exhaust valve 29 in the stroke direction of the piston 3.
  • the exhaust pipe 33 is attached to the exhaust valve box 25 and the supercharger TC.
  • the inside of the exhaust pipe 33 communicates with the exhaust port 25a and the turbine of the turbocharger TC.
  • a discharge pipe 35 is attached to the turbocharger TC.
  • a discharge port is formed in the discharge pipe 35.
  • the inside of the discharge pipe 35 communicates with the turbine of the turbocharger TC.
  • the exhaust gas exhausted from the exhaust port 25a is supplied to the turbine of the turbocharger TC through the exhaust pipe 33, and then exhausted to the outside through the exhaust pipe 35.
  • An intake pipe 37 is attached to the turbocharger TC.
  • An intake port is formed in the intake pipe 37.
  • the inside of the intake pipe 37 communicates with the compressor of the turbocharger TC.
  • the compressor of the turbocharger TC sucks the active gas (for example, air) through the intake pipe 37.
  • the sucked active gas that is, intake air
  • the intake air is sent to the scavenging reservoir 39.
  • the lower end of the cylinder 5 is surrounded by a cylinder jacket 41.
  • a scavenging chamber 43 is formed inside the cylinder jacket 41.
  • the intake air sent to the scavenging reservoir 39 is press-fitted into the scavenging chamber 43.
  • a scavenging port 5a is provided on the lower end side of the cylinder 5.
  • the scavenging port 5a is a hole that penetrates from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the cylinder 5.
  • a plurality of scavenging ports 5a are provided so as to be separated from each other in the circumferential direction of the cylinder 5.
  • the cylinder cover 23 is provided with a fuel injection valve 45.
  • the tip of the fuel injection valve 45 is directed toward the combustion chamber 27 side.
  • the fuel injection valve 45 injects liquid fuel (fuel oil) into the combustion chamber 27.
  • the liquid fuel burns, and the piston 3 reciprocates due to the expansion pressure.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the cooling system 100 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the cooling system 100 is a system for cooling the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1. Thermal efficiency can be improved by cooling the intake air with the cooling system 100.
  • the intake flow path 111 is connected to the combustion chamber 27 of the engine 1 via the scavenging chamber 43 and the scavenging port 5a.
  • the intake air sent to the combustion chamber 27 passes through the intake air flow path 111.
  • the compressor C of the turbocharger TC is provided in the intake flow path 111.
  • the intake flow path 111 includes an upstream side intake flow path 111a on the upstream side of the compressor C in the intake flow path 111 and a downstream side intake flow path 111b on the downstream side of the compressor C in the intake flow path 111.
  • the upstream intake flow path 111a is defined by the intake pipe 37 in FIG.
  • the downstream intake flow path 111b is defined by the scavenging reservoir 39 in FIG.
  • the exhaust flow path 112 is connected to the combustion chamber 27 of the engine 1 via the exhaust port 25a.
  • the exhaust gas discharged from the combustion chamber 27 flows through the exhaust flow path 112.
  • a turbine T of a supercharger TC is provided in the exhaust flow path 112.
  • the exhaust flow path 112 includes an upstream side exhaust flow path 112a on the upstream side of the turbine T in the exhaust flow path 112 and a downstream side exhaust flow path 112b on the downstream side of the turbine T in the exhaust flow path 112.
  • the upstream exhaust flow path 112a is defined by the exhaust pipe 33 in FIG.
  • the downstream exhaust flow path 112b is defined by the exhaust pipe 35 in FIG.
  • a heat exchanger 131 is provided in the intake flow path 111 of the cooling system 100 as a cooler for cooling the intake air.
  • the heat exchanger 131 is provided in the downstream intake flow path 111b.
  • the heat exchanger 131 is provided in the refrigerant flow path 113a through which the refrigerant (for example, fresh water) supplied from the refrigerant supply source 191 circulates.
  • the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 113a is cooled by seawater or the like.
  • the intake air flowing through the downstream side intake flow path 111b is cooled by exchanging heat with the refrigerant flowing through the heat exchanger 131.
  • the intake flow path 111 of the cooling system 100 is further provided with a heat exchanger 132 and a heat exchanger 133 as a cooler for cooling the intake air.
  • the heat exchanger 132 is provided in the upstream intake flow path 111a.
  • the heat exchanger 133 is provided on the downstream side of the heat exchanger 131 in the downstream intake flow path 111b.
  • the heat exchangers 132 and 133 are supplied with a vaporized and cooled refrigerant (for example, fresh water). The temperature of the refrigerant supplied to the heat exchangers 132 and 133 is lower than the temperature of the refrigerant supplied to the heat exchanger 131.
  • the intake air flowing through the upstream side intake flow path 111a is cooled by exchanging heat with the vaporized-cooled refrigerant flowing through the heat exchanger 132.
  • the intake air flowing through the downstream side intake flow path 111b is cooled by exchanging heat with the vaporized-cooled refrigerant flowing through the heat exchanger 133.
  • the intake air is cooled by the heat exchangers 132 and 133 in addition to the heat exchanger 131, the intake air can be effectively cooled by the vaporized-cooled refrigerant. Since the density of the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1 can be effectively increased, the thermal efficiency is effectively improved.
  • the heat exchanger 132 and the gas-liquid separator 181 are provided in the upstream side intake flow path 111a in this order from the upstream side (that is, the intake port side). Moisture contained in the intake air cooled by the heat exchanger 132 is separated by the gas-liquid separator 181 and sent to the tank 121.
  • a heat exchanger 134, a heat exchanger 131, a heat exchanger 133, and a gas-liquid separator 182 are provided in the downstream intake flow path 111b in this order from the upstream side (that is, the compressor C side).
  • the heat exchanger 134 is provided to generate steam by the heat of the intake air, as will be described later. Moisture contained in the intake air cooled by the heat exchangers 134, 131, 133 is separated by the gas-liquid separator 182 and sent to the tank 121.
  • the tank 121 stores the refrigerant sent from the gas-liquid separators 181 and 182.
  • the tank 121 is connected to the refrigerant supply source 192 via the refrigerant flow path 113b.
  • An on-off valve 141 is provided in the refrigerant flow path 113b. By opening the on-off valve 141, the refrigerant (for example, fresh water) can be supplied from the refrigerant supply source 192 to the tank 121.
  • the tank 121 is connected to the tank 122 via the refrigerant flow path 113c.
  • An on-off valve 142 is provided in the refrigerant flow path 113c. By opening the on-off valve 142, the refrigerant can be supplied from the tank 121 to the tank 122.
  • the tank 122 stores the refrigerant supplied to the heat exchangers 132 and 133.
  • the tank 122 is connected to the three-way valve 143 via the refrigerant flow path 113d.
  • the refrigerant flow path 113d is provided with an electric pump 151 that delivers the refrigerant toward the three-way valve 143.
  • the three-way valve 143 is connected to the heat exchanger 132 via the refrigerant flow path 113e.
  • the three-way valve 143 is connected to the heat exchanger 133 via the refrigerant flow path 113 g.
  • the refrigerant can be supplied from the tank 122 to the heat exchangers 132 and 133. ..
  • the refrigerant that has passed through the heat exchangers 132 and 133 is returned to the tank 122 through the refrigerant flow paths 113f and 113h.
  • the tank 122 is connected to the ejector 171 via the gas flow path 114.
  • the ejector 171 is provided in the steam flow path 116 through which steam flows, as will be described later. Steam as a high-pressure fluid is supplied to the ejector 171.
  • the gas in the tank 122 is sucked by the flow of steam generated by the ejector 171.
  • the pressure inside the tank 122 can be reduced to vaporize and cool the refrigerant inside the tank 122.
  • the vaporized and cooled refrigerant is supplied to the heat exchangers 132 and 133. Since the inside of the tank 122 can be decompressed without using an electric pump for decompression, an increase in power consumption can be suppressed.
  • the water for generating steam supplied to the ejector 171 is stored in the tank 123.
  • the tank 123 is connected to the water supply source 193 via the water flow path 115a.
  • An on-off valve 144 is provided in the water flow path 115a. By opening the on-off valve 144, water (specifically, fresh water) can be supplied from the water supply source 193 to the tank 123.
  • the tank 123 is connected to the heat exchanger 134 via the water flow path 115b.
  • the water flow path 115b is provided with an electric pump 152 that sends water toward the heat exchanger 134. By driving the electric pump 152, water can be supplied from the tank 123 to the heat exchanger 134.
  • the water flowing through the heat exchanger 134 is vaporized into steam by being warmed by the heat of the intake air flowing through the downstream intake flow path 111b.
  • the steam flow path 116 includes a steam flow path 116a, a steam flow path 116b, a steam flow path 116c, a steam flow path 116d, and a steam flow path 116e.
  • the heat exchanger 134 is connected to the heat exchanger 135 via the steam flow path 116a.
  • the heat exchanger 135 is provided in the downstream exhaust flow path 112b.
  • the steam generated in the heat exchanger 134 is supplied to the heat exchanger 135 through the steam flow path 116a.
  • the pressure of the steam supplied to the heat exchanger 135 becomes higher by being warmed by the heat of the exhaust gas flowing through the downstream exhaust flow path 112b.
  • steam By passing steam through the heat exchanger 135 in addition to the heat exchanger 134, steam as a high-pressure fluid can be obtained.
  • the heat exchanger 135 is connected to the connector 161 via the steam flow path 116b.
  • the steam that has passed through the heat exchanger 135 is supplied to the connector 161 through the steam flow path 116b.
  • a steam supply source 194 is connected to the connector 161 via a steam flow path 116c.
  • the steam supply source 194 is a supply source for supplying steam generated by a heat source other than the heat of the intake air and the heat of the exhaust gas.
  • steam may be generated by utilizing the heat of sunlight.
  • steam may be generated by utilizing the exhaust heat of equipment other than the engine 1 in the ship.
  • steam is also supplied to the connector 161 from the steam supply source 194.
  • One end of the ejector 171 is connected to the connector 161 via the steam flow path 116d.
  • the other end of the ejector 171 is connected to the condenser 183 via a steam flow path 116e.
  • a gangway is formed in the ejector 171 from one end to the other end of the ejector 171.
  • the steam supplied from the connector 161 passes through the gangway in the ejector 171.
  • a gas flow path 114 is connected to the gangway in the ejector 171. Gas is sucked into the ejector 171 from the gas flow path 114 by the negative pressure generated by the flow of steam in the ejector 171.
  • the ejector 171 sucks the gas in the tank 122.
  • the steam injected from the other end of the ejector 171 is condensed by the condenser 183 into water and sent to the tank 123.
  • the inside of the condenser 183 is atmospheric pressure.
  • a heat exchanger for cooling steam is provided in the condenser 183.
  • the cooling system 100 includes a tank 122 as a refrigerant tank in which the refrigerant to be heat-exchanged in the heat exchange unit (that is, the portion for heat exchange between the intake air and the refrigerant) provided in the intake flow path 111 is stored.
  • the cooling system 100 is provided in the steam flow path 116, and includes an ejector 171 as an ejector connected to the refrigerant tank.
  • the refrigerant in the tank 122 can be vaporized and cooled by decompressing the inside of the tank 122 without using an electric pump for depressurization. Intake air cooling is achieved using vaporized cooled refrigerant. The increase in power consumption is suppressed.
  • the intake air of the engine 1 can be effectively cooled.
  • the density of the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1 can be efficiently increased. Thermal efficiency is improved efficiently.
  • heat exchangers 132 and 133 are provided in the intake flow path 111 as the heat exchange section.
  • the intake air exchanges heat with the refrigerant flowing through the heat exchangers 132 and 133. Cooling of the intake air using the refrigerant vaporized and cooled in the tank 121 can be appropriately realized.
  • the heat exchanger 132 as the heat exchange unit is provided on the upstream side (that is, the upstream side intake flow path 111a) of the compressor C in the intake flow path 111.
  • the intake air is cooled by the heat exchanger 132 on the upstream side of the compressor C in the intake air flow path 111.
  • the density of the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1 strongly depends on the temperature of the intake air before compression by the compressor C as compared with the temperature of the intake air after compression by the compressor C.
  • the density of the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1 can be more effectively increased. Can be increased.
  • the steam flow path 116 is connected to the heat exchanger 134 provided in the intake flow path 111.
  • the steam supplied to the ejector 171 is generated by the heat of the intake air in the heat exchanger 134.
  • By generating the steam supplied to the ejector 171 by the heat of the intake air it is possible to effectively utilize the heat generated by driving the engine 1 to cool the intake air.
  • the steam flow path 116 is connected to the heat exchanger 135 provided in the exhaust flow path 112.
  • the steam supplied to the ejector 171 is generated by the heat of the exhaust gas in the heat exchanger 135.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the cooling system 200 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the cooling system 200 is a system for cooling the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1, similarly to the cooling system 100 described above.
  • the cooling system 200 is different from the cooling system 100 described above in that a nozzle is used for heat exchange between the vaporized and cooled refrigerant and the intake air.
  • the nozzle 201 is replaced with the heat exchanger 132 and the heat exchanger 133 of the cooling system 100 described above.
  • a nozzle 202 is provided.
  • the nozzle 201 is provided in the upstream intake flow path 111a.
  • the nozzle 202 is provided on the downstream side of the heat exchanger 131 in the downstream intake flow path 111b.
  • vaporized and cooled refrigerant for example, fresh water
  • the nozzles 201 and 202 inject the supplied refrigerant into the intake flow path 111.
  • the temperature of the refrigerant supplied to the nozzles 201 and 202 is lower than the temperature of the refrigerant supplied to the heat exchanger 131.
  • the intake air flowing through the upstream side intake flow path 111a is cooled by exchanging heat with the vaporized-cooled refrigerant injected from the nozzle 201.
  • the intake air flowing through the downstream side intake flow path 111b is cooled by exchanging heat with the vaporized-cooled refrigerant injected from the nozzle 202.
  • the intake air is cooled by the nozzles 201 and 202 in addition to the heat exchanger 131, the intake air can be effectively cooled by the vaporized cooling refrigerant as in the cooling system 100. Since the density of the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1 can be effectively increased, the thermal efficiency is effectively improved.
  • the tank 122 is connected to the three-way valve 143 via the refrigerant flow path 113d.
  • An electric pump 151 that delivers a refrigerant toward the three-way valve 143 is provided between the tank 122 and the three-way valve 143.
  • the three-way valve 143 is connected to the nozzle 201 via the refrigerant flow path 213a.
  • the three-way valve 143 is connected to the nozzle 202 via the refrigerant flow path 213b.
  • the gas in the tank 122 is vaporized and cooled by being sucked by the steam flow by the ejector 171.
  • the three-way valve 143 so that the refrigerant flow path 113d and the refrigerant flow paths 213a and 213b communicate with each other and driving the electric pump 151, vaporized and cooled refrigerant is supplied from the tank 122 to the nozzles 201 and 202. Can be done.
  • the cooling system 200 includes a tank 122 as a refrigerant tank in which the refrigerant exchanged for heat in the heat exchange section provided in the intake flow path 111 is stored.
  • the cooling system 200 is provided in the steam flow path 116, and includes an ejector 171 as an ejector connected to the refrigerant tank. Similar to the cooling system 100, it is possible to suppress an increase in power consumption. The intake air of the engine 1 can be effectively cooled.
  • nozzles 201 and 202 are provided in the intake flow path 111 as the heat exchange section.
  • the intake air exchanges heat with the refrigerant injected from the nozzles 201 and 202. Cooling of the intake air using the refrigerant vaporized and cooled in the tank 122 can be appropriately realized.
  • the nozzles 201 and 202 are cheaper than, for example, heat exchangers 132 and 133. Cooling of the intake air using the refrigerant vaporized and cooled in the tank 122 can be realized at low cost.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the cooling system 300 according to the third embodiment of the present disclosure.
  • the cooling system 300 is a system for cooling the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1, similarly to the cooling system 100 described above.
  • the cooling system 300 is different from the cooling system 100 described above in that heat exchange between the vaporized-cooled refrigerant and the intake air is performed via a tank for storing the refrigerant.
  • the tank 301 is replaced with the heat exchanger 132 and the heat exchanger 133 of the cooling system 100 described above.
  • a tank 302 is provided.
  • the tank 301 is provided in the upstream intake flow path 111a.
  • the tank 302 is provided on the downstream side of the heat exchanger 131 in the downstream intake flow path 111b.
  • the tanks 301 and 302 store a refrigerant (for example, fresh water) to be vaporized and cooled.
  • the tanks 301 and 302 also have a function as a heat exchanger in addition to the function of storing the refrigerant.
  • the temperature of the refrigerant stored in the tanks 301 and 302 is lower than the temperature of the refrigerant supplied to the heat exchanger 131.
  • the intake air flowing through the upstream side intake flow path 111a is cooled by exchanging heat with the vaporized-cooled refrigerant stored in the tank 301.
  • the intake air flowing through the downstream side intake flow path 111b is cooled by exchanging heat with the vaporized-cooled refrigerant stored in the tank 302.
  • the intake air is cooled by the tanks 301 and 302 in addition to the heat exchanger 131. Similar to the cooling system 100, the intake air can be effectively cooled by the vaporized cooling refrigerant. Since the density of the intake air sent to the combustion chamber 27 of the engine 1 can be effectively increased, the thermal efficiency can be effectively improved.
  • the tank 121 is connected to the tanks 301 and 302 via the refrigerant flow paths 113c, 313a and 313b. Specifically, the tank 121 is connected to one end of the refrigerant flow path 113c. The other end of the refrigerant flow path 113c is connected to the tank 301 via the refrigerant flow path 313a.
  • An on-off valve 341 is provided in the refrigerant flow path 313a. By opening the on-off valve 341, the refrigerant can be supplied from the tank 121 to the tank 301. The other end of the refrigerant flow path 113c is connected to the tank 302 via the refrigerant flow path 313b.
  • An on-off valve 342 is provided in the refrigerant flow path 313b. By opening the on-off valve 342, the refrigerant can be supplied from the tank 121 to the tank 302.
  • the tank 301 is connected to the ejector 371 via the gas flow path 314a.
  • the tank 302 is connected to the ejector 372 via the gas flow path 314b. Steam is supplied to the ejectors 371 and 372 as described later.
  • the gas in the tank 301 is vaporized and cooled by being sucked by the flow of steam generated by the ejector 371.
  • the gas in the tank 302 is vaporized and cooled by being sucked by the flow of steam generated by the ejector 372.
  • the tank 301 is provided with a ventilation pipe 301a through which intake air passes.
  • the intake air passes through the inner peripheral side of the ventilation pipe 301a.
  • the outer peripheral surface of the ventilation pipe 301a comes into contact with the refrigerant in the tank 301.
  • the refrigerant in the tank 301 and the intake air passing through the ventilation pipe 301a exchange heat with each other via the ventilation pipe 301a.
  • the ventilation pipe 301a is preferably formed of a material having high thermal conductivity such as metal.
  • the tank 301 is provided with, for example, a plurality of ventilation pipes 301a penetrating the tank 301.
  • the number of ventilation pipes 301a and the arrangement of the ventilation pipes 301a in the tank 301 are not particularly limited.
  • the steam flow path 116 includes a steam flow path 116a, a steam flow path 116b, a steam flow path 116c, a steam flow path 116f, a steam flow path 116g, a steam flow path 116h, and a steam flow path 116i.
  • One end of the ejector 371 is connected to the connector 161 via the steam flow path 116f.
  • the other end of the ejector 371 is connected to the condenser 183 via a steam flow path 116 g.
  • the steam supplied from the connector 161 via the steam flow path 116f passes through the gangway in the ejector 371 and is sent to the condenser 183.
  • a gas flow path 314a is connected to a gangway in the ejector 371 through which steam passes.
  • the gas in the tank 301 is sucked by the negative pressure generated by the flow of steam in the ejector 371.
  • One end of the ejector 372 is connected to the connector 161 via the steam flow path 116h.
  • the other end of the ejector 372 is connected to the condenser 183 via a steam flow path 116i.
  • the steam supplied from the connector 161 via the steam flow path 116h passes through the gangway in the ejector 372 and is sent to the condenser 183.
  • a gas flow path 314b is connected to a gangway in the ejector 372 through which steam passes.
  • the gas in the tank 302 is sucked by the negative pressure generated by the flow of steam in the ejector 372.
  • the cooling system 300 includes tanks 301 and 302 as refrigerant tanks for storing the refrigerant to be heat-exchanged in the heat exchange section provided in the intake flow path 111.
  • the cooling system 300 is provided in the steam flow path 116, and includes ejectors 371 and 372 as ejectors connected to the refrigerant tank. Similar to the cooling system 100, it is possible to suppress an increase in power consumption. The intake air of the engine 1 can be effectively cooled.
  • the tanks 301 and 302 as the refrigerant tanks are provided in the intake flow path 111, and the ventilation pipes 301a and 302a are provided in the tanks 301 and 302 as the heat exchange portions.
  • the intake air exchanges heat with the refrigerant stored in the tanks 301 and 302. As a result, it is possible to appropriately cool the intake air using the refrigerant vaporized and cooled in the tanks 301 and 302.
  • a refrigerant flow path from the tank in which the refrigerant to be vaporized and cooled is stored to another cooling device for example, the refrigerant flow path 113d, 113e, 113g from the tank 122 in the cooling system 100 to the heat exchangers 132, 133g). Etc.
  • Cooling of the intake air using the vaporized-cooled refrigerant can be realized in a small space and with a small amount of refrigerant.
  • the cooling systems 100, 200, and 300 for cooling the intake air of the crosshead type engine 1 for ships have been described.
  • the cooling system according to the present disclosure is for cooling the intake air of an internal combustion engine other than the engine 1 (for example, a trunk piston type engine, an engine mounted on a moving body other than a ship, a gas turbine engine, etc.). It may be a cooling system.
  • the intake air exchanges heat with the vaporized and cooled refrigerant in both the upstream side intake flow path 111a and the downstream side intake flow path 111b.
  • the intake air may exchange heat with the vaporized and cooled refrigerant only in one of the upstream side intake flow path 111a or the downstream side intake flow path 111b.
  • one of the heat exchanger 132 and the heat exchanger 133 may be omitted from the cooling system 100.
  • one of the nozzle 201 or the nozzle 202 may be omitted from the cooling system 200.
  • one of the tank 301 and the tank 302 may be omitted from the cooling system 300.
  • the method of heat exchange between the vaporized-cooled refrigerant and the intake air is the same between the upstream side intake flow path 111a and the downstream side intake flow path 111b.
  • the method of heat exchange between the vaporized-cooled refrigerant and the intake air may differ between the upstream side intake flow path 111a and the downstream side intake flow path 111b.
  • the heat exchanger 132 in the cooling system 100 may be replaced by the nozzle 201 in the cooling system 200 or the tank 301 in the cooling system 300.
  • the heat exchanger 133 in the cooling system 100 may be replaced by the nozzle 202 in the cooling system 200 or the tank 302 in the cooling system 300.
  • the nozzle 201 in the cooling system 200 may be replaced by the tank 301 in the cooling system 300.
  • the nozzle 202 in the cooling system 200 may be replaced by the tank 302 in the cooling system 300.
  • the steam supply sources that generate the steam supplied to the ejectors 171 and 371 and 372 are the heat exchangers 134 and 135 and the steam supply source 194.
  • the steam source may be part of the heat exchangers 134, 135 and the steam source 194.
  • the steam source may be any one of the heat exchangers 134, 135 and the steam source 194.
  • it is preferable that the temperature of the heat source for generating steam in the steam supply source is high.
  • the steam supply sources that generate the steam supplied to each ejector may be different.
  • a water and steam circuit is formed such that the steam generated by the heat exchanger 135 is supplied only to the ejector 371 and the steam generated by the heat exchanger 134 is supplied only to the ejector 372. May be.
  • the steam supply sources are different among the plurality of ejectors in this way, the combination of the tank and the ejector to be decompressed may be appropriately set.
  • the ejectors connected to each tank may be different.
  • the ejectors connected to the tanks may be different.
  • a vacuum pump may be added on the downstream side of the ejectors 171, 371, 372. Since the flow velocity of the steam in the ejectors 171 and 371 and 372 can be increased, the suction capacity of the gas in the tanks 122, 301 and 302 can be improved.
  • This disclosure can be used for cooling systems.
  • Engine (internal engine) 27 Combustion chamber 100, 200, 300: Cooling system 111: Intake flow path 112: Exhaust flow path 121, 123: Tank 122: Tank (refrigerant tank) 131, 134, 135: Heat exchanger 132, 133: Heat exchanger (heat exchanger) 141, 142, 144: On-off valve 143: Three-way valve 151, 152: Electric pump 161: Connector 171, 371, 372: Ejector 181, 182: Gas-liquid separator 183 : Compressor 191, 192: Refrigerant supply source 193: Water supply source 194: Steam supply source 201, 202: Nozzle (heat exchange part) 301, 302: Tank (refrigerant tank) 301a, 302a: Vent pipe (heat exchange part) 341, 342: On-off valve TC: Supercharger C: Compressor T: Refrigerant

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Abstract

冷却システム１００は、エンジン１（内燃機関）と接続される吸気流路１１１に設けられる熱交換器１３２，１３３（熱交換部）と、熱交換器１３２，１３３（熱交換部）で熱交換される冷媒が貯留されるタンク１２２（冷媒タンク）と、蒸気流路１１６に設けられ、タンク１２２（冷媒タンク）と接続されるエジェクタ１７１と、を備える。

Description

冷却システム
　本開示は、冷却システムに関する。
　船舶等に用いられるエンジン等の内燃機関では、熱効率を向上させる目的で、内燃機関（例えば、燃焼室）に送られる吸気が冷却される。例えば、特許文献１に開示されているように、吸気の冷却に用いられる冷媒がタンクに貯留される。タンク内の冷媒を気化冷却する（つまり、気化熱を利用して冷却する）ことにより、吸気を効果的に冷却する技術がある。吸気の温度を低下させることにより、燃焼室に送られる吸気の密度を増大させることができるので、熱効率を向上させることができる。
特開２０１１－０７４８２２号公報
　しかしながら、吸気の冷却に用いられる冷媒を気化冷却する従来の技術では、タンク内の減圧に電動ポンプが利用されていた。タンク内を減圧する減圧用の電動ポンプは、多くの電力を消費するので、電力消費量が増大してしまっていた。
　本開示は、上記の課題に鑑み、電力消費量の増大を抑制することが可能な冷却システムを提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る冷却システムは、内燃機関と接続される吸気流路に設けられる熱交換部と、熱交換部で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクと、蒸気流路に設けられ、冷媒タンクと接続されるエジェクタと、を備える。
　熱交換部は、吸気流路に設けられる熱交換器を含んでもよい。
　熱交換部は、吸気流路に設けられるノズルを含んでもよい。
　冷媒タンクは、吸気流路に設けられ、熱交換部は、冷媒タンクに設けられる通気管を含んでもよい。
　吸気流路には、コンプレッサが設けられ、熱交換部は、吸気流路におけるコンプレッサより上流側に設けられてもよい。
　蒸気流路は、吸気流路に設けられる熱交換器と接続されてもよい。
　蒸気流路は、内燃機関と接続される排気流路に設けられる熱交換器と接続されてもよい。
　本開示の冷却システムによれば、電力消費量の増大を抑制することが可能となる。
本開示の第１の実施形態に係るエンジンの概略構成を示す模式図である。 本開示の第１の実施形態に係る冷却システムの概略構成を示す模式図である。 本開示の第２の実施形態に係る冷却システムの概略構成を示す模式図である。 本開示の第３の実施形態に係る冷却システムの概略構成を示す模式図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
　<第１の実施形態>
　図１および図２を参照して、本開示の第１の実施形態について説明する。
　図１は、本開示の第１の実施形態に係るエンジン１の概略構成を示す模式図である。エンジン１は、具体的には、船舶用のエンジンである。図１に示されるように、エンジン１は、ピストン３が内部に設けられるシリンダ５を備える。ピストン３は、シリンダ５内を往復移動する。ピストン３には、ピストンロッド７の一端が取り付けられている。ピストンロッド７の他端には、クロスヘッド９のクロスヘッドピン１１が連結される。クロスヘッド９の左右方向（つまり、図１中のピストン３のストローク方向に垂直な方向）の移動は、ガイドシュー９ａにより規制される。ガイドシュー９ａがガイドされることによって、クロスヘッド９はピストン３と一体に往復移動する。
　クロスヘッドピン１１は、連接棒１３の一端に設けられたクロスヘッド軸受１５に軸支される。クロスヘッドピン１１は、連接棒１３の一端を支持している。ピストンロッド７の他端と連接棒１３の一端は、クロスヘッド９を介して接続される。
　連接棒１３の他端には、大端部１３ａが設けられる。大端部１３ａには、軸受孔１３ｂが形成されている。軸受孔１３ｂには、金属製のすべり軸受１７が設けられる。すべり軸受１７に、クランクシャフト１９のクランクピン１９ａが回転可能に軸支されている。クランクシャフト１９のクランクジャーナル１９ｂは、クランクケース２１に設けられる軸受部材に軸支されている。ピストン３と一体に連接棒１３が往復移動すると、クランクシャフト１９が回転する。
　クランクケース２１は、クランクシャフト１９の回転軸方向に延在する。図１では、シリンダ５が１つのみ示されているが、クランクケース２１の上方には、複数のシリンダ５が、クランクシャフト１９の回転軸方向に並列して設けられている。
　シリンダ５の上端には、シリンダカバー２３が設けられる。シリンダカバー２３には、排気弁箱２５が挿通される。排気弁箱２５の一端は、ピストン３に臨んでいる。排気弁箱２５の一端には、排気ポート２５ａが開口する。排気ポート２５ａは、燃焼室２７に開口する。燃焼室２７は、シリンダカバー２３とシリンダ５とピストン３に囲繞されてシリンダ５の内部に形成される。
　燃焼室２７には、排気弁２９の弁体が位置する。排気弁２９のロッド部には、排気弁駆動装置３１が取り付けられる。排気弁駆動装置３１は、排気弁箱２５に配される。排気弁駆動装置３１は、排気弁２９をピストン３のストローク方向に移動させる。
　排気弁２９がピストン３側に移動して開弁すると、シリンダ５内で生じた燃焼後の排気ガスが、排気ポート２５ａから排気される。排気後、排気弁２９が排気弁箱２５側に移動して、排気ポート２５ａが閉弁される。
　排気管３３は、排気弁箱２５および過給機ＴＣに取り付けられる。排気管３３の内部は、排気ポート２５ａおよび過給機ＴＣのタービンに連通する。過給機ＴＣには、排出管３５が取り付けられる。排出管３５には、排出口が形成されている。排出管３５の内部は、過給機ＴＣのタービンに連通する。排気ポート２５ａから排気された排気ガスは、排気管３３を通って過給機ＴＣのタービンに供給された後、排出管３５を通って外部に排気される。
　過給機ＴＣには、吸気管３７が取り付けられる。吸気管３７には、吸気口が形成されている。吸気管３７の内部は、過給機ＴＣのコンプレッサに連通する。過給機ＴＣのコンプレッサによって、活性ガス（例えば、空気）が吸気管３７を通って吸引される。吸引される活性ガス（つまり、吸気）は、過給機ＴＣのコンプレッサによって圧縮される。吸気は、掃気溜３９に送られる。シリンダ５の下端は、シリンダジャケット４１で囲繞される。シリンダジャケット４１の内部には、掃気室４３が形成される。掃気溜３９に送られた吸気は、掃気室４３に圧入される。
　シリンダ５の下端側には、掃気ポート５ａが設けられる。掃気ポート５ａは、シリンダ５の内周面から外周面まで貫通する孔である。掃気ポート５ａは、シリンダ５の周方向に離隔して複数設けられている。ピストン３が掃気ポート５ａより下死点側に移動すると、掃気室４３とシリンダ５内の差圧によって、掃気ポート５ａからシリンダ５内に吸気が吸入される。
　シリンダカバー２３には、燃料噴射弁４５が設けられる。燃料噴射弁４５の先端は燃焼室２７側に向けられる。燃料噴射弁４５は、燃焼室２７に液体燃料（燃料油）を噴出する。液体燃料が燃焼し、その膨張圧によってピストン３が往復移動する。
　図２は、本開示の第１の実施形態に係る冷却システム１００の概略構成を示す模式図である。冷却システム１００は、エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気を冷却するためのシステムである。冷却システム１００により吸気を冷却することによって、熱効率を向上させることができる。
　図２ならびに後述する図３および図４では、エンジン１と、吸気流路１１１と、排気流路１１２とが示されている。
　吸気流路１１１は、掃気室４３および掃気ポート５ａを介して、エンジン１の燃焼室２７と接続される。燃焼室２７に送られる吸気は、吸気流路１１１を流通する。吸気流路１１１には、過給機ＴＣのコンプレッサＣが設けられる。吸気流路１１１は、吸気流路１１１におけるコンプレッサＣより上流側の上流側吸気流路１１１ａと、吸気流路１１１におけるコンプレッサＣより下流側の下流側吸気流路１１１ｂとを含む。上流側吸気流路１１１ａは、図１中の吸気管３７により画成される。下流側吸気流路１１１ｂは、図１中の掃気溜３９により画成される。
　排気流路１１２は、排気ポート２５ａを介して、エンジン１の燃焼室２７と接続される。燃焼室２７から排出される排気は、排気流路１１２を流通する。排気流路１１２には、過給機ＴＣのタービンＴが設けられる。排気流路１１２は、排気流路１１２におけるタービンＴより上流側の上流側排気流路１１２ａと、排気流路１１２におけるタービンＴより下流側の下流側排気流路１１２ｂとを含む。上流側排気流路１１２ａは、図１中の排気管３３により画成される。下流側排気流路１１２ｂは、図１中の排出管３５により画成される。
　図２に示されるように、冷却システム１００の吸気流路１１１には、吸気を冷却するための冷却器として、熱交換器１３１が設けられる。熱交換器１３１は、下流側吸気流路１１１ｂに設けられる。熱交換器１３１は、冷媒供給源１９１から供給される冷媒（例えば、真水）が循環する冷媒流路１１３ａに設けられる。冷媒流路１１３ａを流通する冷媒は、海水等により冷却される。下流側吸気流路１１１ｂを流通する吸気は、熱交換器１３１を流通する冷媒と熱交換することによって冷却される。
　また、図２に示されるように、冷却システム１００の吸気流路１１１には、吸気を冷却するための冷却器として、熱交換器１３２および熱交換器１３３がさらに設けられる。熱交換器１３２は、上流側吸気流路１１１ａに設けられる。熱交換器１３３は、下流側吸気流路１１１ｂにおける熱交換器１３１より下流側に設けられる。熱交換器１３２，１３３には、後述するように、気化冷却された冷媒（例えば、真水）が供給される。熱交換器１３２，１３３に供給される冷媒の温度は、熱交換器１３１に供給される冷媒の温度よりも低い。上流側吸気流路１１１ａを流通する吸気は、熱交換器１３２を流通する気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。下流側吸気流路１１１ｂを流通する吸気は、熱交換器１３３を流通する気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。
　冷却システム１００では、熱交換器１３１に加えて熱交換器１３２，１３３により吸気が冷却されるので、気化冷却された冷媒によって吸気を効果的に冷却することができる。エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気の密度を効果的に増大させることができるので、熱効率が効果的に向上する。
　以下、冷却システム１００のより詳細な構成について説明する。
　上流側吸気流路１１１ａには、熱交換器１３２および気液分離器１８１が、上流側（つまり、吸気口側）からこの順に設けられる。熱交換器１３２により冷却された吸気に含まれる水分は、気液分離器１８１によって分離され、タンク１２１に送られる。下流側吸気流路１１１ｂには、熱交換器１３４、熱交換器１３１、熱交換器１３３および気液分離器１８２が、上流側（つまり、コンプレッサＣ側）からこの順に設けられる。熱交換器１３４は、後述するように、吸気の熱により蒸気を生じさせるために設けられる。熱交換器１３４，１３１，１３３により冷却された吸気に含まれる水分は、気液分離器１８２によって分離され、タンク１２１に送られる。
　タンク１２１には、気液分離器１８１，１８２から送られる冷媒が貯留される。タンク１２１は、冷媒流路１１３ｂを介して冷媒供給源１９２と接続されている。冷媒流路１１３ｂには、開閉弁１４１が設けられている。開閉弁１４１を開くことにより、冷媒供給源１９２からタンク１２１に冷媒（例えば、真水）を供給することができる。タンク１２１は、冷媒流路１１３ｃを介してタンク１２２と接続されている。冷媒流路１１３ｃには、開閉弁１４２が設けられている。開閉弁１４２を開くことにより、タンク１２１からタンク１２２に冷媒を供給することができる。
　タンク１２２には、熱交換器１３２，１３３に供給される冷媒が貯留される。タンク１２２は、冷媒流路１１３ｄを介して三方弁１４３と接続されている。冷媒流路１１３ｄには、三方弁１４３に向けて冷媒を送出する電動ポンプ１５１が設けられている。三方弁１４３は、冷媒流路１１３ｅを介して熱交換器１３２と接続されている。三方弁１４３は、冷媒流路１１３ｇを介して熱交換器１３３と接続されている。冷媒流路１１３ｄと冷媒流路１１３ｅ，１１３ｇとが連通するように三方弁１４３を制御し、電動ポンプ１５１を駆動することにより、タンク１２２から熱交換器１３２，１３３に冷媒を供給することができる。熱交換器１３２，１３３を通過した冷媒は、冷媒流路１１３ｆ，１１３ｈを通ってタンク１２２に戻される。
　タンク１２２は、ガス流路１１４を介してエジェクタ１７１と接続されている。エジェクタ１７１は、後述するように、蒸気が流通する蒸気流路１１６に設けられる。エジェクタ１７１には、高圧の流体としての蒸気が供給される。タンク１２２内のガスは、エジェクタ１７１により生じる蒸気の流れで吸引される。タンク１２２内を減圧して、タンク１２２内の冷媒を気化冷却することができる。エジェクタ１７１を用いて冷媒を冷却することによって、大気圧下の冷媒よりも低温の過冷却冷媒を生成することができる。気化冷却された冷媒が熱交換器１３２，１３３に供給される。減圧用の電動ポンプを用いることなくタンク１２２内を減圧することができるので、電力消費量の増大を抑制することができる。
　エジェクタ１７１に供給される蒸気を生成するための水は、タンク１２３に貯留されている。タンク１２３は、水流路１１５ａを介して水供給源１９３と接続されている。水流路１１５ａには、開閉弁１４４が設けられている。開閉弁１４４を開くことにより、水供給源１９３からタンク１２３に水（具体的には、真水）を供給することができる。タンク１２３は、水流路１１５ｂを介して熱交換器１３４と接続されている。水流路１１５ｂには、熱交換器１３４に向けて水を送出する電動ポンプ１５２が設けられている。電動ポンプ１５２を駆動することにより、タンク１２３から熱交換器１３４に水を供給することができる。
　熱交換器１３４を流通する水は、下流側吸気流路１１１ｂを流通する吸気の熱により暖められることによって、気化して蒸気となる。蒸気流路１１６は、蒸気流路１１６ａ、蒸気流路１１６ｂ、蒸気流路１１６ｃ、蒸気流路１１６ｄおよび蒸気流路１１６ｅを含む。熱交換器１３４は、蒸気流路１１６ａを介して熱交換器１３５と接続されている。熱交換器１３５は、下流側排気流路１１２ｂに設けられる。熱交換器１３４において生じた蒸気は、蒸気流路１１６ａを通って熱交換器１３５に供給される。熱交換器１３５に供給された蒸気の圧力は、下流側排気流路１１２ｂを流通する排気の熱により暖められることによって、より高くなる。熱交換器１３４に加えて熱交換器１３５に蒸気を通すことによって、高圧の流体としての蒸気を得ることができる。
　熱交換器１３５は、蒸気流路１１６ｂを介して接続器１６１と接続されている。熱交換器１３５を通過した蒸気は、蒸気流路１１６ｂを通って接続器１６１に供給される。接続器１６１には、蒸気流路１１６ｃを介して蒸気供給源１９４が接続されている。蒸気供給源１９４は、吸気の熱および排気の熱以外の熱源により生じた蒸気を供給する供給源である。例えば、蒸気供給源１９４では、太陽光の熱を利用して蒸気が生じてもよい。また、例えば、蒸気供給源１９４では、船舶内のエンジン１以外の他の設備の排熱を利用して蒸気が生じてもよい。接続器１６１には、熱交換器１３４，１３５で生成された蒸気以外に、蒸気供給源１９４からも蒸気が供給される。
　エジェクタ１７１の一端は、蒸気流路１１６ｄを介して接続器１６１と接続されている。エジェクタ１７１の他端は、蒸気流路１１６ｅを介して凝縮器１８３と接続されている。エジェクタ１７１内には、当該エジェクタ１７１の一端から他端に亘って貫通路が形成されている。接続器１６１から供給される蒸気は、エジェクタ１７１内の貫通路を通過する。エジェクタ１７１内の貫通路には、ガス流路１１４が接続されている。エジェクタ１７１内の蒸気の流れにより生じた負圧でガス流路１１４からエジェクタ１７１内にガスが吸引される。エジェクタ１７１により、タンク１２２内のガスが吸引される。エジェクタ１７１の他端から噴射される蒸気は、凝縮器１８３によって凝縮されて水になり、タンク１２３に送られる。凝縮器１８３内は、大気圧となっている。凝縮器１８３内には、蒸気を冷却する熱交換器が設けられている。
　冷却システム１００は、吸気流路１１１に設けられる熱交換部（つまり、吸気と冷媒とを熱交換させる部分）で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクとしてタンク１２２を備える。冷却システム１００は、蒸気流路１１６に設けられ、上記冷媒タンクと接続されるエジェクタとしてエジェクタ１７１を備える。減圧用の電動ポンプを用いることなく、タンク１２２内を減圧してタンク１２２内の冷媒を気化冷却することができる。気化冷却された冷媒を用いて吸気の冷却が実現される。電力消費量の増大が抑制される。エンジン１の吸気を効果的に冷却することができる。エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気の密度を効率的に増大させることができる。熱効率が効率的に向上する。
　特に、冷却システム１００では、吸気流路１１１に熱交換器１３２，１３３が上記熱交換部として設けられる。吸気は、熱交換器１３２，１３３を流通する冷媒と熱交換する。タンク１２１内で気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を適切に実現することができる。
　冷却システム１００では、上記熱交換部としての熱交換器１３２は、吸気流路１１１におけるコンプレッサＣより上流側（つまり、上流側吸気流路１１１ａ）に設けられる。吸気流路１１１におけるコンプレッサＣより上流側で、吸気が熱交換器１３２により冷却される。エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気の密度は、コンプレッサＣによる圧縮後の吸気の温度と比較して、コンプレッサＣによる圧縮前の吸気の温度に強く依存する。冷却システム１００のように、吸気流路１１１におけるコンプレッサＣより上流側で、吸気を気化冷却された冷媒と熱交換させることによって、エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気の密度をより効果的に増大させることができる。
　冷却システム１００では、蒸気流路１１６は、吸気流路１１１に設けられる熱交換器１３４と接続される。エジェクタ１７１に供給される蒸気は、熱交換器１３４において、吸気の熱により生じる。エジェクタ１７１に供給される蒸気を吸気の熱により生じさせることによって、エンジン１の駆動に伴って生じる熱を有効に利用して吸気の冷却を実現することができる。
　冷却システム１００では、蒸気流路１１６は、排気流路１１２に設けられる熱交換器１３５と接続される。エジェクタ１７１に供給される蒸気は、熱交換器１３５において、排気の熱により生じる。エジェクタ１７１に供給される蒸気を排気の熱により生じさせることによって、エンジン１の駆動に伴って生じる熱を有効に利用して吸気の冷却を実現することができる。
　<第２の実施形態>
　図３を参照して、本開示の第２の実施形態について説明する。
　図３は、本開示の第２の実施形態に係る冷却システム２００の概略構成を示す模式図である。冷却システム２００は、上述した冷却システム１００と同様に、エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気を冷却するためのシステムである。冷却システム２００では、上述した冷却システム１００と比較して、気化冷却された冷媒と吸気との熱交換にノズルが用いられる点が異なる。
　図３に示されるように、冷却システム２００の吸気流路１１１には、吸気を冷却するための冷却器として、上述した冷却システム１００の熱交換器１３２および熱交換器１３３に替えて、ノズル２０１およびノズル２０２が設けられる。ノズル２０１は、上流側吸気流路１１１ａに設けられる。ノズル２０２は、下流側吸気流路１１１ｂにおける熱交換器１３１より下流側に設けられる。ノズル２０１，２０２には、後述するように、気化冷却された冷媒（例えば、真水）が供給される。ノズル２０１，２０２は、供給される冷媒を吸気流路１１１に噴射する。ノズル２０１，２０２に供給される冷媒の温度は、熱交換器１３１に供給される冷媒の温度よりも低い。上流側吸気流路１１１ａを流通する吸気は、ノズル２０１から噴射される気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。下流側吸気流路１１１ｂを流通する吸気は、ノズル２０２から噴射される気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。
　冷却システム２００では、熱交換器１３１に加えてノズル２０１，２０２により吸気が冷却されるので、冷却システム１００と同様に、気化冷却された冷媒によって吸気を効果的に冷却することができる。エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気の密度を効果的に増大させることができるので、熱効率が効果的に向上する。
　以下、冷却システム２００のより詳細な構成について説明する。
　冷却システム１００と同様に、タンク１２２は、冷媒流路１１３ｄを介して三方弁１４３と接続されている。タンク１２２と三方弁１４３との間には、三方弁１４３に向けて冷媒を送出する電動ポンプ１５１が設けられている。冷却システム１００と異なり、三方弁１４３は、冷媒流路２１３ａを介してノズル２０１と接続されている。三方弁１４３は、冷媒流路２１３ｂを介してノズル２０２と接続されている。
　タンク１２２内のガスは、エジェクタ１７１により蒸気の流れで吸引されることによって、気化冷却される。冷媒流路１１３ｄと冷媒流路２１３ａ，２１３ｂとが連通するように三方弁１４３を制御し、電動ポンプ１５１を駆動することにより、タンク１２２からノズル２０１，２０２に気化冷却された冷媒を供給することができる。
　冷却システム２００は、冷却システム１００と同様に、吸気流路１１１に設けられる熱交換部で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクとしてタンク１２２を備える。冷却システム２００は、蒸気流路１１６に設けられ、上記冷媒タンクと接続されるエジェクタとしてエジェクタ１７１を備える。冷却システム１００と同様に、電力消費量の増大を抑制することができる。エンジン１の吸気を効果的に冷却することができる。
　特に、冷却システム２００では、吸気流路１１１にノズル２０１，２０２が上記熱交換部として設けられる。吸気は、ノズル２０１，２０２から噴射される冷媒と熱交換する。タンク１２２内で気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を適切に実現することができる。ノズル２０１，２０２は、例えば熱交換器１３２，１３３と比較して、安価である。タンク１２２内で気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を低コストで実現することができる。
　<第３の実施形態>
　図４を参照して、本開示の第３の実施形態について説明する。
　図４は、本開示の第３の実施形態に係る冷却システム３００の概略構成を示す模式図である。冷却システム３００は、上述した冷却システム１００と同様に、エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気を冷却するためのシステムである。冷却システム３００では、上述した冷却システム１００と比較して、気化冷却された冷媒と吸気との熱交換が当該冷媒を貯留するタンクを介して行われる点が異なる。
　図４に示されるように、冷却システム３００の吸気流路１１１には、吸気を冷却するための冷却器として、上述した冷却システム１００の熱交換器１３２および熱交換器１３３に替えて、タンク３０１およびタンク３０２が設けられる。タンク３０１は、上流側吸気流路１１１ａに設けられる。タンク３０２は、下流側吸気流路１１１ｂにおける熱交換器１３１より下流側に設けられる。タンク３０１，３０２には、後述するように、気化冷却される冷媒（例えば、真水）が貯留される。タンク３０１，３０２は、冷媒を貯留する機能の他に、熱交換器としての機能も有する。タンク３０１，３０２に貯留される冷媒の温度は、熱交換器１３１に供給される冷媒の温度よりも低い。上流側吸気流路１１１ａを流通する吸気は、タンク３０１に貯留される気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。下流側吸気流路１１１ｂを流通する吸気は、タンク３０２に貯留される気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。
　冷却システム３００では、熱交換器１３１に加えてタンク３０１，３０２により吸気が冷却される。冷却システム１００と同様に、気化冷却された冷媒によって吸気を効果的に冷却することができる。エンジン１の燃焼室２７に送られる吸気の密度を効果的に増大させることができるので、熱効率を効果的に向上させることができる。
　以下、冷却システム３００のより詳細な構成について説明する。
　冷却システム１００と異なり、タンク１２１は、冷媒流路１１３ｃ，３１３ａ，３１３ｂを介してタンク３０１，３０２と接続されている。具体的には、タンク１２１は、冷媒流路１１３ｃの一端と接続されている。冷媒流路１１３ｃの他端は、冷媒流路３１３ａを介してタンク３０１と接続されている。冷媒流路３１３ａには、開閉弁３４１が設けられている。開閉弁３４１を開くことにより、タンク１２１からタンク３０１に冷媒を供給することができる。冷媒流路１１３ｃの他端は、冷媒流路３１３ｂを介してタンク３０２と接続されている。冷媒流路３１３ｂには、開閉弁３４２が設けられている。開閉弁３４２を開くことにより、タンク１２１からタンク３０２に冷媒を供給することができる。
　タンク３０１は、ガス流路３１４ａを介してエジェクタ３７１と接続されている。タンク３０２は、ガス流路３１４ｂを介してエジェクタ３７２と接続されている。エジェクタ３７１，３７２には、後述するように、蒸気が供給される。タンク３０１内のガスは、エジェクタ３７１により生じる蒸気の流れで吸引されることによって、気化冷却される。タンク３０２内のガスは、エジェクタ３７２により生じる蒸気の流れで吸引されることによって、気化冷却される。
　タンク３０１には、吸気が通過する通気管３０１ａが設けられている。通気管３０１ａの内周側を吸気が通過する。通気管３０１ａの外周面は、タンク３０１内の冷媒と接触する。タンク３０１内の冷媒と通気管３０１ａを通過する吸気とは、通気管３０１ａを介して熱交換する。通気管３０１ａは、金属等の高い熱伝導性を有する材料によって形成されることが好ましい。タンク３０１には、例えば、複数の通気管３０１ａがタンク３０１を貫通して設けられる。なお、通気管３０１ａの数および通気管３０１ａのタンク３０１内での配置は、特に限定されない。
　蒸気流路１１６は、蒸気流路１１６ａ、蒸気流路１１６ｂ、蒸気流路１１６ｃ、蒸気流路１１６ｆ、蒸気流路１１６ｇ、蒸気流路１１６ｈおよび蒸気流路１１６ｉを含む。エジェクタ３７１の一端は、蒸気流路１１６ｆを介して接続器１６１と接続されている。エジェクタ３７１の他端は、蒸気流路１１６ｇを介して凝縮器１８３と接続されている。接続器１６１から蒸気流路１１６ｆを介して供給される蒸気は、エジェクタ３７１内の貫通路を通過して、凝縮器１８３に送られる。蒸気が通過するエジェクタ３７１内の貫通路には、ガス流路３１４ａが接続されている。エジェクタ３７１内の蒸気の流れにより生じた負圧でタンク３０１内のガスが吸引される。
　エジェクタ３７２の一端は、蒸気流路１１６ｈを介して接続器１６１と接続されている。エジェクタ３７２の他端は、蒸気流路１１６ｉを介して凝縮器１８３と接続されている。接続器１６１から蒸気流路１１６ｈを介して供給される蒸気は、エジェクタ３７２内の貫通路を通過して、凝縮器１８３に送られる。蒸気が通過するエジェクタ３７２内の貫通路には、ガス流路３１４ｂが接続されている。エジェクタ３７２内の蒸気の流れにより生じた負圧でタンク３０２内のガスが吸引される。
　冷却システム３００は、冷却システム１００と同様に、吸気流路１１１に設けられる熱交換部で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクとしてタンク３０１，３０２を備える。冷却システム３００は、蒸気流路１１６に設けられ、上記冷媒タンクと接続されるエジェクタとしてエジェクタ３７１，３７２を備える。冷却システム１００と同様に、電力消費量の増大を抑制することができる。エンジン１の吸気を効果的に冷却することができる。
　特に、冷却システム３００では、上記冷媒タンクとしてのタンク３０１，３０２は、吸気流路１１１に設けられ、タンク３０１，３０２に通気管３０１ａ，３０２ａが上記熱交換部として設けられる。吸気は、タンク３０１，３０２に貯留される冷媒と熱交換する。それにより、タンク３０１，３０２内で気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を適切に実現することができる。さらに、気化冷却される冷媒が貯留されるタンクから他の冷却用の機器までの冷媒流路（例えば、冷却システム１００におけるタンク１２２から熱交換器１３２，１３３までの冷媒流路１１３ｄ，１１３ｅ，１１３ｇ等）を省略することができる。気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を、少ないスペースかつ少ない冷媒量で実現することができる。
　以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　上記では、船舶用のクロスヘッド型のエンジン１の吸気を冷却するための冷却システム１００，２００，３００について説明した。しかしながら、本開示に係る冷却システムは、エンジン１以外の他の内燃機関（例えば、トランクピストン型のエンジン、船舶以外の移動体に搭載されるエンジンまたはガスタービンエンジン等）の吸気を冷却するための冷却システムであってもよい。
　上記では、上流側吸気流路１１１ａおよび下流側吸気流路１１１ｂの双方で、吸気が気化冷却された冷媒と熱交換する例を説明した。しかしながら、上流側吸気流路１１１ａまたは下流側吸気流路１１１ｂの一方のみで、吸気が気化冷却された冷媒と熱交換してもよい。例えば、冷却システム１００から熱交換器１３２または熱交換器１３３の一方が省略されてもよい。また、例えば、冷却システム２００からノズル２０１またはノズル２０２の一方が省略されてもよい。また、例えば、冷却システム３００からタンク３０１またはタンク３０２の一方が省略されてもよい。
　上記では、上流側吸気流路１１１ａと下流側吸気流路１１１ｂとの間で、気化冷却された冷媒と吸気との熱交換の方法が同様である例を説明した。しかしながら、上流側吸気流路１１１ａと下流側吸気流路１１１ｂとの間で、気化冷却された冷媒と吸気との熱交換の方法が異なっていてもよい。例えば、冷却システム１００における熱交換器１３２が冷却システム２００におけるノズル２０１または冷却システム３００におけるタンク３０１に置き換えられてもよい。冷却システム１００における熱交換器１３３が冷却システム２００におけるノズル２０２または冷却システム３００におけるタンク３０２に置き換えられてもよい。冷却システム２００におけるノズル２０１が冷却システム３００におけるタンク３０１に置き換えられてもよい。冷却システム２００におけるノズル２０２が冷却システム３００におけるタンク３０２に置き換えられてもよい。
　上記では、エジェクタ１７１，３７１，３７２に供給される蒸気を生じさせる蒸気供給源が熱交換器１３４，１３５および蒸気供給源１９４である例を説明した。しかしながら、蒸気供給源は、熱交換器１３４，１３５および蒸気供給源１９４の一部であってもよい。例えば、蒸気供給源は、熱交換器１３４，１３５および蒸気供給源１９４のうちのいずれか１つであってもよい。ただし、蒸気供給源で蒸気を生じさせるための熱源の温度は高いことが好ましい。
　上記で説明した冷却システム３００のようにエジェクタの数が複数である場合、各エジェクタに供給される蒸気を生じさせる蒸気供給源が異なっていてもよい。例えば、冷却システム３００において、熱交換器１３５で生じた蒸気がエジェクタ３７１のみに供給され、熱交換器１３４で生じた蒸気がエジェクタ３７２のみに供給されるように、水および蒸気の回路が形成されていてもよい。また、このように、複数のエジェクタ間で蒸気供給源が異なる場合、減圧の対象となるタンクとエジェクタの組み合わせは、適宜設定されてよい。冷却システム１００における熱交換器１３２，１３３の各々に異なるタンクが接続される場合、各タンクと接続されるエジェクタは異なっていてもよい。冷却システム２００におけるノズル２０１，２０２の各々に異なるタンクが接続される場合、各タンクと接続されるエジェクタは異なっていてもよい。
　上記で説明した冷却システム１００，２００，３００に対して一部の構成要素を追加、削除または変更してもよい。例えば、エジェクタ１７１，３７１，３７２の下流側に真空ポンプを追加してもよい。エジェクタ１７１，３７１，３７２における蒸気の流速を上昇させることができるので、タンク１２２，３０１，３０２内のガスの吸引能力を向上させることができる。
　本開示は、冷却システムに利用することができる。
１：エンジン（内燃機関）　２７：燃焼室　１００，２００，３００：冷却システム　１１１：吸気流路　１１２：排気流路　１２１，１２３：タンク　１２２：タンク（冷媒タンク）　１３１，１３４，１３５：熱交換器　１３２，１３３：熱交換器（熱交換部）　１４１，１４２，１４４：開閉弁　１４３：三方弁　１５１，１５２：電動ポンプ　１６１：接続器　１７１，３７１，３７２：エジェクタ　１８１，１８２：気液分離器　１８３：凝縮器　１９１，１９２：冷媒供給源　１９３：水供給源　１９４：蒸気供給源　２０１，２０２：ノズル（熱交換部）　３０１，３０２：タンク（冷媒タンク）　３０１ａ，３０２ａ：通気管（熱交換部）　３４１，３４２：開閉弁　ＴＣ：過給機　Ｃ：コンプレッサ　Ｔ：タービン

Claims (7)

  1. 　内燃機関と接続される吸気流路に設けられる熱交換部と、
    　前記熱交換部で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクと、
    　蒸気流路に設けられ、前記冷媒タンクと接続されるエジェクタと、
    　を備える、
    　冷却システム。
  2. 　前記熱交換部は、前記吸気流路に設けられる熱交換器を含む、
    　請求項１に記載の冷却システム。
  3. 　前記熱交換部は、前記吸気流路に設けられるノズルを含む、
    　請求項１または２に記載の冷却システム。
  4. 　前記冷媒タンクは、前記吸気流路に設けられ、
    　前記熱交換部は、前記冷媒タンクに設けられる通気管を含む、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の冷却システム。
  5. 　前記吸気流路には、コンプレッサが設けられ、
    　前記熱交換部は、前記吸気流路における前記コンプレッサより上流側に設けられる、
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の冷却システム。
  6. 　前記蒸気流路は、前記吸気流路に設けられる熱交換器と接続される、
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の冷却システム。
  7. 　前記蒸気流路は、前記内燃機関と接続される排気流路に設けられる熱交換器と接続される、
    　請求項１～６のいずれか一項に記載の冷却システム。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6379437U (ja) * 1986-11-13 1988-05-25
JP2016153713A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 大阪瓦斯株式会社 エジェクタサイクル
US20160377038A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Eagle Actuator Components Gmbh & Co. Kg Ejector and arrangement for use in a motor vehicle having a turbocharger

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63129117A (ja) * 1986-11-17 1988-06-01 Calsonic Corp インタ−ク−ラ
JP5557502B2 (ja) 2009-09-30 2014-07-23 株式会社ディーゼルユナイテッド 空気冷却器付ディーゼル機関
SE534872C2 (sv) 2010-04-26 2012-01-31 Scania Cv Ab Arrangemang för att kyla komprimerad luft och/eller återcirkulerande avgaser som leds till en förbränningsmotor
JP5325254B2 (ja) 2011-03-31 2013-10-23 三菱重工業株式会社 定置用内燃機関の吸気冷却装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6379437U (ja) * 1986-11-13 1988-05-25
JP2016153713A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 大阪瓦斯株式会社 エジェクタサイクル
US20160377038A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Eagle Actuator Components Gmbh & Co. Kg Ejector and arrangement for use in a motor vehicle having a turbocharger

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